[发明专利]光刻掩模版铬膜厚度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量方法，特别是一种光刻掩模版铬膜厚度测量方法，属于物理测量领域。 

背景技术

铬是一种银白色的金属，硬度很大，而且化学性质极稳定，在常温下，放在空气中或浸在水里，不会生锈，因此用玻璃基上的铬膜制作掩模版是光刻技术的不二选择。近三十年来，随着微电子技术特别是集成电路的发展，薄膜厚度及关键尺寸线宽测量的研究和应用取得了长足进步。纳米级金属薄膜的生长、表征以及其厚度的非接触、非破坏精确测量显得尤为重要。目前，通常金属薄膜厚度的测量方法包括四点探针法、电涡流法、X射线吸收法、X荧光法、激光超声检测等技术。但四点探针法会对硅片表面造成损伤，X射线吸收法与X荧光法具有放射性，不适宜于在一般的环境中应用。而电涡流法一般只能测量微米尺度以上的金属膜。光学方法具有测量精度高，成本低，可采用多探头测量，测量区域大的优点。但是光学测量方法由于光穿透能力的限制，仪可用于测量透明或半透明的金属薄膜，这就要求待测金属膜对激发光的吸收很小，而金属铬几乎在整个光波长范围内介电系数的虚部都很大，表明对光有极强的吸收，因此采用常用光学方法难以测量铬膜的厚度。经文献检索发现，美国专利号为5034617和中国专利号为02136611.X，这两个专利都提出了一种测量光学薄膜厚度的方法。但这些方法仅能测最介质薄膜的厚度，无法测量金属薄膜的厚度。利用表面等离子波的双波长法，虽然可测量50纳米左右的贵金属(金、银和铜等)薄膜的厚度，但对铬膜却无能为力，而且这种方法的测量范围仅在40nm～60nm范围，无法扩展到几个纳米和100nm的范围。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出一种利用中红外光源激发长程表面等离子共振的测量方法及其装置。该方案能测量强吸收金属薄膜厚度，具有灵敏度高，测量时间短，实用性强的优点，而且铬膜厚度的有效测量范围可从5nm扩展到100nm。 

本发明是一种光刻掩模版铬膜厚度测量方法，该测量方法采用中红外激光经TM偏振后在光刻掩模版铬膜表面激发长程表面等离子共振，通过携带着铬膜厚度参数信息的衰减全发射光的探测，测量出光刻掩模版铬膜厚度；该测量方法基于一个包括了棱镜耦合长程表面等离子共振激发结构A和光电发射与信号探测模块B的测量装置，其特征在于： 

棱镜耦合长程表面等离子共振激发结构A，由玻璃棱镜1、匹配液2、玻璃垫圈3、铬膜4、石英玻璃衬底5、基板6、液体进口7、液体出口8等部件组成，其特征在于： 

玻璃垫圈3胶合于玻璃棱镜1的底面，铬膜4沉积在石英玻璃衬底5上，玻璃棱镜1为三角形棱镜，材料为光学玻璃，其折射率范围为1.60～1.80之间； 

石英玻璃衬底5胶合于基板6，石英玻璃衬底5的厚度小于玻璃垫圈3，两者厚度之差使玻璃棱镜1的底面与铬膜4之间形成一空腔，该空腔存放折射率与石英玻璃衬底5相同的匹配液2。空腔的厚度由铬膜4厚度的测量范围确定，当铬膜4厚度测量范围为5nm～20nm时，空腔厚度定40um；而当铬膜4厚度测量范围为20nm～100nm时，空腔厚度定为8.5um。 

基板上开两个通孔，分别是棱镜耦合长程表面等离子共振激发结构的液体进口7和液体出口8，匹配液2由液体进口7进入，而废弃匹配液通过液体出口8排出。 

光电发射与信号探测模块B，由中红外He-Ne激光器9、偏振镜10和热辐射探测器11等部件组成，其特征在于： 

中红外He-Ne激光器9发射波长为λ＝3.391um的平行光经偏振镜10后以一定角度入射于玻璃棱镜1的底面，反射光投影到热辐射探测器11，随着入射角的变化，形成反射率一入射角度曲线。 

长程表面等离子共振激发的标志是反射率一入射角度曲线上的衰减全反射(ATR)吸收峰，由于ATR吸收峰的角位置是光刻掩模版铬膜厚度的灵敏函数，因此可根据ATR吸收峰的角位置来确定光刻掩 模版铬膜的厚度。 

本发明具有以下优点：(1)采用中红外He-Ne激光λ＝3.391um激发铬膜与两侧介质界面上的长程表面等离子共振，产生衰减全反射(ATR)吸收峰。由于ATR峰的角位置是铬膜厚度的灵敏函数，因此，可根据反射率-入射角曲线上的ATR峰的角位置确定铬膜厚度；(2)测量范围可分为5nm～20nm和20nm～100nm两档，测量的分辨率分别为0.001°/nm和0.003°/nm；(3)测量装置结构简单，操作方便，成本低廉。 

参考文献